一、微（wēi）細深孔加（jiā）工概述（shù）

       由於工業產品不（bú）斷向輕、薄、短、小的方向發展, 其組成零件也越來越小形化和精（jīng）密化: 因而,更細小, 更（gèng）高（gāo）精密的微細深孔加工便應運而生。在工藝（yì）微細深孔的加工是屬於機械加工中（zhōng）, 難於加（jiā）工的一部分, 國內外都在探索中。

       微細深（shēn）孔廣眨應用在汽車、摩托車的燃料噴油嘴,化纖工業（yè）的噴絲頭, 醫學用針, 流體靜壓軸承的（de）節流噴嘴以及某些鍾表與（yǔ）照（zhào）相機零件上。近期, 隨著（zhe）工業產品的發展, 高新（xīn）技術的突飛猛（měng）進, 其需要更趨多元化,甚至能代替電（diàn）子工業中印刷電路基板上的鑽孔, 以及應用在光纖（xiān）電纜的聯結器（qì）上。

       微細深孔加工方法比較多, 歸納起來主要有高速鑽孔、電（diàn）火花加工、激光打孔以及超聲（shēng）波加工等方祛. 電火花加工雖然（rán）不必（bì）打中心孔和去毛刺（cì）, 但因（yīn）放電間隙（xì）以及電極的損耗等（děng）因素, 孔（kǒng）口倒圓嚴重, 孔的錐度、圓度和孔徑（jìng）精度（dù）都較差, 且單孔（kǒng）加工時（shí）間（jiān）較長（zhǎng）,加工Φ0. 2 5 x 2 m m 的小孔需要（yào）時間約為5 0s 。為提高小孔的質量和工作效率（lǜ）, 必須采用昂貴的（de）多頭專用機床同時加（jiā）工（gōng）; 高（gāo）速鑽孔通常采（cǎi）用打中心孔— 鑽孔一擴孔三（sān）個工序(或工位) 這種高速鑽孔在加工精度上優於電火花加工, 單孔加工時間也較電火花加工（gōng）時間短（duǎn）得多, 其缺點是無法避免產生毛（máo）刺; 激光打孔就是使材料（liào）局部加熱, 進行非接（jiē）觸加工, 它與超聲被加（jiā）工一樣, 適用於各種難於（yú）加工材料的加工, 如金剛石, 陶瓷、硬質合金等, 但其所加（jiā）工的孔的幾（jǐ）何精度和形位精度（dù）都不如高速鑽孔, 其排屑也是很（hěn）困難,目前（qián）人們仍在探索。

       用鑽頭進行高速鑽（zuàn）削微細深孔, 是比較經濟的,而且精度大多較高. 最近, 在飛速發展的電（diàn）子及空間工業中（zhōng）, 為適應各種機器的高性能、小型化以及提高可靠性, 這種加（jiā）工方法正受到（dào）人們越來越多的重視適用於微細（xì）深孔鑽削加工的機床也應運而生。日本叮田鐵工所生產的全自動鑽床“Mic ro -h ol e ” , 在80 年（nián）代初期獲得日本專利, 精度高, 操作方便, 在國際上享有很高的聲譽。

       二、鑽頭扭矩檢測器及鑽頭磨損的監控係統

       如“M jcr o-H o le ” 全自動鑽床充分考（kǎo）慮了（le）在微細深孔加工中, 鑽頭的受（shòu）力（lì）狀態, 機（jī）床本身的振動以及（jí）加工過程中的排屑等影響鑽削性能的諸（zhū）多因素, 在機（jī）床上（shàng）設計了“扭矩檢測器” 以及“鑽頭磨損的監控係統” 。一旦鑽頭（tóu）所受扭矩超過預先選定的扭矩值, 進給係統（tǒng）就停止（zhǐ）進給, 鑽（zuàn）頭退回到開始切削時位置, 接著重新進行鑽削加工, 直至（zhì）完成加工整個微孔（kǒng）。

       扭矩檢測器的特點（diǎn）是：

       1 可以無（wú）級地選擇適當的扭矩值. 如果（guǒ）鑽頭過載, 鑽頭可以迅速返回預先（xiān）設定（dìng）的位置以清理鑽頭上的切屑, 然後, 鑽頭再自動快速前進（jìn）, 這種自動工作循環將（jiāng）重複進行直（zhí）至鑽孔完成。

       2.可以（yǐ）防（fáng）止鑽頭早期斷裂。

       3.在操作中（zhōng）, 利（lì）用帶預置計數器的報（bào）警裝置, 記錄鑽頭後退（tuì）的次數。當鑽頭的後退次（cì）數達到預先選取的值時, 報警（jǐng）裝置發出報警信號, 停（tíng）止操作, 進行檢查, 這樣可以了（le）解到（dào）:

       (1) 鑽頭的磨（mó）損值;

       (2)切削油是否適應;

       (3) 鑽頭尖頂與刃角（jiǎo）的幾何結構是否合適;

       (4 ) 加工材（cái）料的切Al 性能。

       因而, 該機床憑（píng）借其扭矩檢測器（qì）的作用（yòng）, 可（kě）鑽出高（gāo）質量的微細深孔, 該設備（bèi）在鑽削傳統方法難以鑽（zuàn）孔的（de）材（cái）料時更具適用（yòng）性。

       三（sān）、微細深孔的加工

       一般微細深孔加工的特點是:

       1. 因為線速度低, 雖然機床作（zuò）高速旋轉（zhuǎn）, 但由於鑽頭直徑很小, 所以線速度仍較低。因而, 要（yào）達到比較（jiào）大的（de）線速度, 隻有提高鑽（zuàn）頭的轉速.

       2 . 刀具（jù）由於剛性（xìng）較（jiào）差, 工作時易彎曲、折斷, 因此（cǐ）刀具壽命短。

       3.刀具係（xì）統的偏擺和機床本身（shēn）的振動, 使孔的入口擴（kuò）大。

       4.由於孔徑極小, 切（qiē）屑不易（yì）排出, 切削油不易達（dá）到鑽頭端部, 以及刀具（jù）形狀特殊等（děng）等。

       加工中鑽頭（tóu）發生折（shé）損, 幾乎都是因（yīn）為“扭轉” 導致疲勞（láo）所至, 因此（cǐ）, 要防止鑽頭折損, 必須針對加工條件的變（biàn）化, 在扭矩達到某一極限值時卸去鑽頭所承受（shòu）的載荷(扭矩), 並令其後退. 而（ér）要實現這一功能, 就（jiù）必須（xū）采用扭矩（jǔ）檢測器（qì）以及相應的階段退刀機構, 如 “Mic ro -H ol e’ 全自動鑽床就裝備有這種扭矩檢測器和階段退（tuì）刀機構, 其工作過程為:

       (1) 指令加工過程開始;

       (2) 指令調整主軸轉（zhuǎn）速, 並使鑽頭主軸快速前進到（dào）預先設置的進給點, 等特切削（xuē）開始(見圖la

       (3) 指令鑽頭（tóu）主軸, 以切削進給速度前進, 對工件進行鑽削（xuē）加工(見圖lb) 。其切削進給速度是利用容積式的無級變速.

       (4) 鑽削加工（gōng）開始後以及加工過（guò）程中, 扭矩檢測器（qì）開始運行, 監控鑽頭上所承受的負荷(扭矩), 一旦鑽頭所承受（shòu）載荷接近預（yù）定的值時, 扭矩檢測器發（fā）出信號（hào）, 使鑽頭主軸（zhóu）瞬間快速後退到開始切削的進給點(見圖1c ), 扭矩的選擇是甲（jiǎ）」用一個可變的刻度盤, 它（tā）是針（zhēn）對如. lm m 的（de）鑽（zuàn）頭設置的。

       (5 ) 為（wéi）了縮短空切削時間（jiān）, 鑽頭主軸在到達切削進給點之（zhī）前, 鑽頭在采取快速後退之後, 然後再快速前進到切削加工處, 其中切削進給點的位置可變(見圖Z a ) 。

       (6) 鑽頭主軸（zhóu）在快速前進到原切（qiē）削加工處之前,防止衝撞孔底的機構啟動, 階段位置自動記憶裝置開（kāi）始記錄（lù）, 當（dāng）鑽頭主軸到達已鑽成的（de）孔底前幾毫米時,以切削進給速（sù）度（dù）前進, 繼續上一次的鑽孔加工, 防止衝撞孔（kǒng）底的機構可以微（wēi）調（diào）防止衝撞的間隔(見圖Zb)。

       (7）力在後續的（de）鑽孔切削加工中, 若扭矩（jǔ）檢測器發出（chū）信號時, 則重複前麵（miàn）快速後退至切削點、卸去過載後, 再繼續進行鑽削加工。其（qí）中每段的切削進給（gěi）速度的起（qǐ）點可以變（biàn）化, 階段位置自動記憶裝置能記錄下階段數(見圖Z e ).

       (8) 在加（jiā）工過程（chéng）中, 監（jiān）控鑽頭磨損以及鑽頭後退次（cì）數的（de）報警裝置一直處於執行狀態, 當發出更換鑽頭（tóu）的信號時（shí）, 同時發出停止（zhǐ）機械運動（dòng）的（de）警報, 並更（gèng）換（huàn）鑽頭以及（jí）檢查其它（tā）影響機（jī）床停止運轉的原因, 使機（jī）床恢複正常(見圖3a ).

      (9 ) 加工完成後, 快（kuài）速退（tuì）回到開始加工位置。鑽頭終了位置可以（yǐ）微調(見圖3b) 。

      通過上述加工過程可以看出, 利用在扭矩（jǔ）檢測（cè）器預先選用鑽頭（tóu）的韌性的允許值範圍（wéi）內的扭矩值, 可以（yǐ）隨時監視孔在切削中鑽頭所承受的負荷（hé）。一旦（dàn）鑽頭的切削（xuē）性能降低（dī）, 負荷逐漸達（dá）到設定（dìng）的扭（niǔ）矩值, 則檢測（cè）器立即（jí）指令, 而使鑽頭後退, 即可以防止鑽頭的疲勞和折斷。另外在孔開始彎曲（qǔ）時, 切削造（zào）成矩增大,扭矩檢測器同樣可以接收到孔的（de）彎曲程度。在校（xiào）正最初彎曲孔開始, 改進切削工藝參數, 也能防止加工孔的彎曲.

      利用翅矩檢測器, 也可檢測到塞滿孔內的切屑所造成的（de）過載, 在階段後退（tuì）的同（tóng）時, 將切屑除去, 並且在鑽頭再（zài）進入孔（kǒng）內時, 可使切（qiē）削油注入孔的端（duān）部（bù）, 提高加工（gōng）效率.

      微細深孔加工, 鑽頭本身的形狀較一般（bān）的鑽孔加工影響大, 如（rú）側隙角（jiǎo）, 螺旋角、鑽角以及靜點的位置等都是很重要的因素。所謂靜點就是不（bú）切削的死點.該點位置的不同, 對鑽頭折斷和加工形態的影響（xiǎng）很大,靜點在中心時, 會發生下列現象（xiàng）:

      ①孔越深, 越難（nán）切入工件內.

      ② 加工孔徑與鑽頭直（zhí）徑過度緊密, 易發生粘滯現象。

      ③孔的內壁與鑽（zuàn）頭（tóu）摩擦, 易變成鱗片狀。

      ( 10 ) 要解決上述問題, 在微細深孔加工中, 直徑1. 0m m 以下（xià）的鑽尖應偏離中心約（yuē）為鑽（zuàn）頭直徑的5 萬( 見圖4 ) , 這是因為:  鑽頭可以形成二（èr）片（piàn）切削刃參與切削作用, 使切

      削阻力及摩擦陽力減小 , 在相同的轉速、切削進給速度的條件下, 可以改善切削性能, 減少階段後退（tuì）的次數, 降低（dī）加工時間。工件的孔底留有一個小凸台, 可以起到導向作用（yòng）, 加工完成後的孔的圓度（dù）以及圓柱度都較好。

      使用“Micr o -ho le’, 全自動鑽床、數控（kòng）自動高速鑽床或自動（dòng）車床連續打孔時, 如何恰當地判斷鑽頭折（shé）損（sǔn）或磨（mó）損而引起精度及鑽頭壽命下降等現象, 也是非（fēi）常重要的內容（róng）之一。

      一般情況下, 判斷鑽頭（tóu）壽命的依據為: 鑽孔所要消耗（hào）的動力, 鑽孔的（de）阻力, 鑽孔時的發熱情況（kuàng）以及加工精度和孔壁的狀況等等。然（rán）而實（shí）際上多數情況下是根據一個鑽頭（tóu）能鑽（zuàn）孔的數（shù）量來確定（dìng）的。因此, 需要了解鑽頭的磨損與鑽孔阻力變化的情況; 假如能事先掌（zhǎng）握鑽（zuàn）頭的磨損及鑽孔阻力與加工完成（chéng）的孔數及孔壁表麵質量的關（guān）係, 那麽就能（néng）估計鑽頭的使用壽命. 圖5 是鑽削加工多層印刷電路板時, 隨著打孔（kǒng）數星的增（zēng）加, 鑽頭的磨損（sǔn）與鑽孔阻力變化的關係曲線。 ( 注: 圖5 中右側縱座標的單位: 力矩（jǔ）為x 10 N m 推（tuī）力單（dān）位為kN ) 。

      四、微（wēi）細（xì）深孔的加工實例

      印刷電路基板上的鑽孔加工（gōng）, 有很多技術難題急（jí）特繼續研究和解決, 火期提高印刷電路板所要求的功（gōng）能, 然而其最終目的還在於提高（gāo）孔的加工質星, 以不損傷（shāng）印刷電路板上的環氧化物, 提高孔（kǒng）內e主的光潔度以汲使孔徑極小化。孔徑極小化是提（tí）高扣0lJ 電路板（bǎn）配線密度（dù）的重要技術（shù）, 因此, 為在印刷電E幾板（bǎn）上進行微細加工提出了更高的（de）要求和新的研究課題。圖6 所示為多層印刷電路板上微（wēi）孔加（jiā）工, 它（tā）所（suǒ）用材料是玻（bō）琅環氧樹脂銅（tóng）箔多層板, δ= 1. 6m m , 要求用3 張板（bǎn）重疊在一（yī）起一次加工（gōng）完成, 孔（kǒng）數為20 0 個。由於高密度的印刷電路配線板的線寬隻有（yǒu）數十微（wēi）米, 且聽鑽孔的間距又非常小, 故要求孔的垂直度（dù）、圓柱度、圓（yuán）度等形位誤差, 應控製在數卞微（wēi）米以內（nèi）, 為（wéi）了實現如此高（gāo）精度（dù）要求的加（jiā）工, 加工印刷電路基（jī）板所用（yòng）的數控機床的位置精度及主軸振動應控製在十微米以內。另外對於鑽頭而言, 也應仔（zǎi）細考慮其形狀精度、尺寸及鑽頭所用材料等.因此針（zhēn）對圖6 加工, 所選鑽頭直徑為如Φ0. 4m m , 溝長為6 . 5 m m , 鑽孔深度為4 . 8m m , 主軸的進給切削速度為1. 4m / m i n , 轉速為7 0 0 0 0 r/ mi n .